CH702483A2

CH702483A2 - Power supply station for supplying power to an electrical load.

Info

Publication number: CH702483A2
Application number: CH19562009A
Authority: CH
Inventors: Manfred Dietrich
Original assignee: Clustertec Ag; Polytrona Ag
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-30
Also published as: WO2011079399A2; WO2011079399A3

Abstract

Die erfindungsgemässe Energieversorgungsstation zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers umfasst einen Energiewandler (26), der einen Versorgungseingang (25) aufweist, welcher mit einem Stromnetz (1) verbindbar ist, und einen Versorgungsausgang (31), welcher mit dem Verbraucher (13) verbindbar ist. Darüber hinaus umfasst das Netzteil eine Steuerung (27), welche derart ausgebildet und betreibbar ist, dass sie wenigstens einen Energieparameter des angeschlossenen Verbrauchers (13) erkennt und abhängig davon ein entsprechendes Steuersignal (Uref; Iref) für den Energiewandler (26) vorgibt.The energy supply station according to the invention for supplying energy to an electrical consumer comprises an energy converter (26) which has a supply input (25) which can be connected to a power grid (1) and a supply output (31) which can be connected to the consumer (13). In addition, the power supply comprises a controller (27) which is designed and operable such that it detects at least one energy parameter of the connected consumer (13) and, depending thereon, specifies a corresponding control signal (Uref; Iref) for the energy converter (26).

Description

Technisches GebietTechnical area

[0001] Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsstation zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers sowie ein Verfahren zum Betreiben der Energieversorgungsstation. The invention relates to a power supply station for supplying energy to an electrical load and a method for operating the power supply station.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Fig. 1 zeigt anhand einer Prinzipskizze wie verschiedene elektrische Verbraucher bisher aufgeladen werden. Soll beispielsweise der Akku eines Fotoapparats 9 aufgeladen werden, wird der Fotoapparat 9 über ein Ladekabel 8.1 mit dem Versorgungsausgang eines geeigneten Ladegeräts 8 verbunden. Der Netzanschluss des Ladegeräts 8 wiederum wird beispielsweise über eine Mehrfachsteckdose 3 und ein Netzkabel 2 mit dem Stromnetz 1 verbunden. Soll darüber hinaus beispielsweise der Akku eines Mobiltelefons 10 aufgeladen werden, wird das Mobiltelefon 10 über ein Ladekabel 7.1 mit dem Versorgungsausgang eines entsprechenden Ladegeräts 7 verbunden. Der Netzanschluss des Ladegeräts 7 wiederum wird beispielsweise über die Mehrfachsteckdose 3 und das Netzkabel 2 mit dem Stromnetz 1 verbunden. Auf die sinngemäss selbe Art ist vorzugehen, wenn beispielsweise der Akku eines Navigationsgeräts 11, eines Monitors 12 oder eines Notebook 13 aufgeladen werden soll. Das bedeutet, dass für das Navigationsgerät 11 ein spezielles Ladegerät 6, für den Monitor 12 ein spezielles Ladegerät oder Netzteil 4 und für das Notebook 13 ein spezielles Ladegerät oder Netzteil 5 vorzusehen ist, da jeder dieser elektrischen Verbraucher eigene Ladeparameter beziehungsweise Parameter für die Energieversorgung aufweist. Der Fotoapparat 9, das Mobilfunktelefon 10, das Navigationsgerät 11, der Monitor 12 und das Notebook 13 sind Beispiele für verschiedene Typen von elektrischen Verbrauchern. Somit benötigt jeder Typus eines elektrischen Verbrauchers ein eigenes, speziell für diesen Typus konstruiertes Ladegerät. Diese Lösung ist aufwändig und für den Benutzer unpraktisch und zwar insbesondere dann, wenn er mehrere verschiedene Typen elektrischer Verbraucher mit sich führt und diese ausser Haus laden möchte, da er dann auch immer für jeden Typus das geeignete Ladegerät mit sich führen muss. Fig. 1 shows a schematic diagram of how different electrical loads are charged so far. For example, if the battery of a camera 9 to be charged, the camera 9 is connected via a charging cable 8.1 to the power outlet of a suitable charger 8. The mains connection of the charger 8 in turn is connected, for example via a multiple socket 3 and a power cord 2 to the power grid 1. In addition, if, for example, the battery of a mobile phone 10 is to be charged, the mobile phone 10 is connected via a charging cable 7.1 to the supply output of a corresponding charger 7. The mains connection of the charger 7 in turn is connected, for example via the multiple socket 3 and the power cord 2 to the power grid 1. The same way of proceeding is to proceed if, for example, the battery of a navigation device 11, a monitor 12 or a notebook 13 is to be charged. This means that for the navigation device 11 is a special charger 6, for the monitor 12 is a special charger or power supply 4 and the notebook 13 is a special charger or power supply 5, since each of these electrical consumers own charging parameters or parameters for the power supply has , The camera 9, the mobile phone 10, the navigation device 11, the monitor 12 and the notebook 13 are examples of various types of electrical consumers. Thus, each type of electrical consumer needs its own charger designed specifically for this type. This solution is complex and inconvenient for the user, especially if he carries several different types of electrical consumers with them and would like to charge them out of the house, because then he always has to carry the appropriate charger for each type.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

[0003] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Energieversorgungsstation für einen elektrischen Verbraucher anzugeben, wobei die Energieversorgungsstation die Energieparameter, wie beispielsweise Stromstärke, Spannung, Leistung, Ladeart oder Ladedauer selbständig automatisch ermittelt. An object of the invention is to provide a power supply station for an electrical consumer, wherein the power supply station automatically determines the energy parameters, such as current, voltage, power, charging mode or charging time automatically.

[0004] Die erfindungsgemässe Energieversorgungsstation hat eine Reihe von Vorteilen. So muss der Benutzer nicht mehr für jeden Typus eines elektrischen Verbrauchers eine eigene Energieversorgungsstation zur Verfügung haben, sondern kann mit der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation unterschiedliche Typen elektrischer Verbraucher mit Energie versorgen beziehungsweise laden. Der Benutzer verbindet lediglich den elektrischen Verbraucher mit der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation und die Energieversorgungsstation ermittelt selbständig, welche Energieparameter für diesen Verbraucher gelten und versorgt diesen entsprechend. The inventive power supply station has a number of advantages. Thus, the user no longer has to have his own energy supply station for each type of electrical consumer, but can supply or charge different types of electrical consumers with energy according to the invention. The user merely connects the electrical consumer with the inventive energy supply station and the power supply station independently determines which energy parameters apply to this consumer and supplies it accordingly.

[0005] Darüber hinaus benötigt der Benutzer keinerlei Informationen darüber für welchen Typus des elektrischen Verbrauchers welche Ladeparameter gelten. In addition, the user does not require any information about which type of electrical load which load parameters apply.

[0006] Die Aufgabe wird durch eine Energieversorgungsstation zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers mit den Merkmalen gemäss Patentanspruch 1 gelöst. The object is achieved by a power supply station for supplying energy to an electrical consumer with the features according to claim 1.

[0007] Die erfindungsgemässe Energieversorgungsstation zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers umfasst einen Energiewandler, der einen Versorgungseingang aufweist, welcher mit einem Stromnetz verbindbar ist, und einen Versorgungsausgang, welcher mit dem Verbraucher verbindbar ist. Darüber hinaus umfasst die Energieversorgungsstation eine Steuerung, welche derart ausgebildet und betreibbar ist, dass sie wenigstens einen Energieparameter des angeschlossenen Verbrauchers erkennt und abhängig davon ein entsprechendes Steuersignal für den Energiewandler vorgibt. The inventive energy supply station for supplying energy to an electrical consumer comprises an energy converter having a supply input, which is connectable to a power grid, and a supply output, which is connectable to the consumer. In addition, the power supply station comprises a controller which is designed and operable such that it detects at least one energy parameter of the connected consumer and, depending thereon, specifies a corresponding control signal for the energy converter.

[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the features indicated in the dependent claims.

[0009] Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation ist der Versorgungsausgang als USB-Anschluss ausgebildet. In one embodiment of the inventive power supply station of the supply output is designed as a USB port.

[0010] Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation ist der Versorgungsausgang als Ethernet-Anschluss ausgebildet. In a further embodiment of the inventive power supply station, the supply output is designed as an Ethernet connection.

[0011] Bei der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation kann der Versorgungsausgang auch als RS232, EIA-422, EIA-485, I2C, CAN Anschluss ausgebildet sein. In the inventive power supply station of the supply output can also be designed as RS232, EIA-422, EIA-485, I2C, CAN port.

[0012] Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation ist ein Datenanschluss für einen Computer vorgesehen. In a further development of the inventive power supply station, a data connection for a computer is provided.

[0013] Der Datenanschluss der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation kann als Ethernet- oder USB-Anschluss ausgebildet sein. The data connection of the inventive power supply station can be designed as an Ethernet or USB port.

[0014] Darüber hinaus kann bei der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation ein Synchronisationsanschluss vorgesehen sein, um die Energieversorgungsstation mit einer weiteren Energieversorgungsstation zu synchronisieren. In addition, in the inventive power supply station, a synchronization port may be provided to synchronize the power supply station with another power supply station.

[0015] Vorteilhafter Weise ist die Steuerung der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation derart ausgebildet und betreibbar, dass sie zur Erkennung des beziehungsweise der Energieparameter Daten vom Verbraucher abruft. Advantageously, the control of the inventive power supply station is designed and operable so that it retrieves data from the consumer for the detection of the energy or the parameters.

[0016] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Steuerung derart ausgebildet und betreibbar, dass sie als Steuersignal für den Energiewandler den Sollstrom und/oder die Sollspannung vorgibt. According to a further feature of the invention, the controller is designed and operable such that it sets the target current and / or the target voltage as a control signal for the energy converter.

[0017] Zur Lösung der Aufgabe wird ferner vorgeschlagen, dass der Energiewandler als linearer Energiewandler oder als primär oder sekundär getakteter Energiewandler ausgebildet ist. To solve the problem is also proposed that the energy converter is designed as a linear energy converter or as a primary or secondary clocked energy converter.

[0018] Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn bei der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation der Versorgungseingang vom Versorgungsausgang galvanisch getrennt ist. Moreover, it may be advantageous if the supply input is galvanically isolated from the supply output in the inventive power supply station.

[0019] Bei der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation kann die Steuerung auch derart ausgebildet und betreibbar sein, dass sie vorgibt, ob der Energiewandler als Konstantstromquelle, als Konstantspannungsquelle oder als Energiesenke arbeiten soll. In the inventive power supply station, the controller may also be designed and operable so that it specifies whether the energy converter should work as a constant current source, as a constant voltage source or as Energiesenke.

[0020] Schliesslich kann die erfindungsgemässe Energieversorgungsstation mehrere Versorgungsausgänge und einen Demultiplexer aufweisen, welcher einerseits mit dem Energiewandler und andererseits mit den Versorgungsausgängen verbunden ist. Finally, the power supply station according to the invention can have a plurality of supply outputs and a demultiplexer, which is connected on the one hand to the energy converter and on the other hand to the supply outputs.

[0021] Ein elektrischer Verbraucher, der für den Betrieb mit der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation geeignet ist, weist vorteilhafter Weise eine Kommunikationseinrichtung auf, die derart ausgebildet und betreibbar ist, dass sie der Steuerung des Netzteils wenigstens einen Energieparameter mitteilt. An electrical consumer, which is suitable for operation with the inventive power supply station, advantageously has a communication device which is designed and operable to notify the controller of the power supply at least one energy parameter.

[0022] Die erfindungsgemässe Energieversorgungsstation kann vorteilhafter Weise zum Laden eines elektrischen Verbrauchers verwendet werden. The energy supply station according to the invention can advantageously be used for charging an electrical load.

[0023] Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betreiben der Energieversorgungsstation und des Verbrauchers weist folgende Schritte auf. Nachdem der Verbraucher an das Netzteil angeschlossen ist, ermittelt die Steuerung des Netzteils die Energieparameter des Verbrauchers. Dann gibt die Steuerung, abhängig von den ermittelten Energieparametern ein Steuersignal für den Energiewandler vor und der Energiewandler gibt dann Energie mit den entsprechenden Energieparametern an den Verbraucher ab. The inventive method for operating the power supply station and the consumer has the following steps. After the consumer is connected to the power supply, the controller of the power supply determines the consumer's energy parameters. Then, depending on the determined energy parameters, the controller prescribes a control signal for the energy converter and the energy converter then delivers energy with the corresponding energy parameters to the consumer.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0024] Im Folgenden wird die Erfindung mit mehreren Ausführungsbeispielen anhand von acht Figuren weiter erläutert. <tb>Fig. 1<sep>zeigt anhand einer Prinzipskizze wie verschiedene elektrische Verbraucher bisher aufgeladen beziehungsweise mit Energie versorgt werden. <tb>Fig. 2<sep>zeigt anhand einer Prinzipskizze wie verschiedene elektrische Verbraucher mit der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation aufgeladen beziehungsweise mit Energie versorgt werden können. <tb>Fig. 3<sep>zeigt in einem Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemässen Ladestation. <tb>Fig. 4<sep>zeigt in einem Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemässen Ladestation. <tb>Fig. 5<sep>zeigt ein Flussdiagramm, in dem der zeitliche Ablauf der einzelnen Schritte, die in der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation stattfinden, dargestellt ist. <tb>Fig. 6<sep>zeigt ein Flussdiagramm, in dem der zeitliche Ablauf der einzelnen Schritte, die im Verbraucher stattfinden, dargestellt ist. <tb>Fig. 7a,<sep>zeigt ein Diagramm, in dem der Verlauf der Versorgungsspannung über die Zeit dargestellt ist. <tb>Fig. 7b<sep>zeigt ein Diagramm, in dem Verlauf des Versorgungsstroms über die Zeit dargestellt ist.In the following, the invention will be explained with several embodiments with reference to eight figures. <Tb> FIG. 1 <sep> uses a schematic diagram to show how various electrical consumers have been charged or supplied with energy so far. <Tb> FIG. 2 shows on the basis of a schematic diagram how different electrical consumers can be charged or supplied with energy in accordance with the inventive energy supply station. <Tb> FIG. 3 <sep> shows in a block diagram the basic structure of a possible embodiment of the charging station according to the invention. <Tb> FIG. 4 <sep> shows in a block diagram the basic structure of a further possible embodiment of the charging station according to the invention. <Tb> FIG. 5 shows a flowchart in which the time sequence of the individual steps taking place in the energy supply station according to the invention is shown. <Tb> FIG. 6 shows a flow chart showing the timing of the individual steps taking place in the consumer. <Tb> FIG. 7a, <sep> shows a diagram in which the course of the supply voltage over time is shown. <Tb> FIG. 7b <sep> shows a diagram showing the course of the supply current over time.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

[0025] Die erfindungsgemässe Energieversorgungsstation kann verwendet werden, um den daran angeschlossenen elektrischen Verbraucher während des Betriebs mit ausreichend Energie zu versorgen. Die erfindungsgemässe Energieversorgungsstation kann aber auch verwendet werden, um den Akku des angeschlossenen Verbrauchers wieder aufzuladen. Die Energieversorgungsstation dient als Netzteil und auch als Ladestation. Im Folgenden werden die Begriffe Energieversorgungsstation, Netzteil, Ladestation, Ladegerät und programmierbares Netz-/Ladegerät (oder kurz PPS) als Synonyme benutzt. The inventive power supply station can be used to provide the connected electrical loads during operation with sufficient energy. The inventive power supply station can also be used to recharge the battery of the connected consumer. The power supply station serves as a power supply and also as a charging station. In the following, the terms power station, power supply, charging station, charger and programmable power / charger (or PPS for short) are used as synonyms.

[0026] Fig. 2 zeigt anhand einer Prinzipskizze wie verschiedene elektrische Verbraucher, wie beispielsweise ein Fotoapparat 9, ein Mobilfunktelefon 10, ein Navigationsgerät 11, ein Monitor 12 und ein Notebook 13, mit der erfindungsgemässen Ladestation 20 aufgeladen werden können. Der Benutzer verbindet lediglich den entsprechenden elektrischen Verbraucher 9, 10, 11, 12 und/oder 13 über ein Ladekabel 21 mit dem erfindungsgemässen Ladegerät 20, welches wiederum über ein Netzkabel mit dem als Energiequelle dienenden Stromnetz 1 verbunden ist. Das Ladegerät 20 ermittelt selbständig, welche Ladeparameter für diesen Verbraucher gelten und versorgt diesen entsprechend. Der Benutzer benötigt keinerlei Informationen darüber für welchen Typus des elektrischen Verbrauchers welche Energieparameter gelten. Fig. 2 shows a schematic diagram of how various electrical consumers, such as a camera 9, a mobile phone 10, a navigation device 11, a monitor 12 and a notebook 13, can be charged with the charging station 20 according to the invention. The user merely connects the corresponding electrical load 9, 10, 11, 12 and / or 13 via a charging cable 21 to the charging device 20 according to the invention, which in turn is connected via a mains cable to the power grid 1 serving as energy source. The charger 20 independently determines which charging parameters apply to this consumer and supplies it accordingly. The user does not need any information about which type of electrical consumer which energy parameters apply.

[0027] Elektrische Verbraucher können alle Arten elektrischer Geräte oder Komponenten sein, die elektrische Energie benötigen. Dies können zum Beispiel mobile elektronische Geräte, Akkus, Leuchtmittel, elektrische oder mechatronische Aktoren, Monitore oder Notebooks sein, die das Kommunikationsprotokoll der Energieversorgungsstation unterstützen. Electrical consumers can be any type of electrical equipment or components that require electrical power. These may be, for example, mobile electronic devices, rechargeable batteries, illuminants, electrical or mechatronic actuators, monitors or notebooks that support the communication protocol of the power supply station.

[0028] Je nach Land, kann das Stromnetz 1 verschiedene Netzspannungen liefern. In Europa liefert das Stromnetz in der Regel 220 oder 230 Volt, während in den USA 115 Volt und in Japan 100 Volt üblich sind. Vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemässe Energieversorgungsstation 20 mit den verschiedenen Stromnetzen verbunden zu werden und ist damit für verschiedene Netz- oder Eingangsspannungen geeignet. Depending on the country, the power grid 1 can supply different mains voltages. In Europe, the power grid usually supplies 220 or 230 volts, while in the US 115 volts and in Japan 100 volts are common. Advantageously, the power supply station 20 according to the invention can be connected to the various power grids and is thus suitable for various mains or input voltages.

[0029] Figur 3 zeigt in Form eines Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation 20 zusammen mit dem Notebook 13 als Beispiel für einen möglichen elektrischen Verbraucher. Wie oben bereits erwähnt, kann statt des Notebooks 13 selbstverständlich auch ein anderer Typus eines elektrischen Verbrauchers mit der erfindungsgemässen Energieversorgungsstation 20 verbunden sein. Figure 3 shows in the form of a block diagram of the basic structure of a possible embodiment of the inventive power supply station 20 together with the notebook 13 as an example of a possible electrical load. As already mentioned above, it is of course also possible for another type of electrical consumer to be connected to the energy supply station 20 according to the invention instead of the notebook 13.

[0030] Die Energieversorgungsstation 20 weist einen Energiewandler 26 auf, der eingangsseitig über einen Netzanschluss 25 mit dem Netzkabel 2 verbindbar ist. Ausgangsseitig ist der Energiewandler 26 über einen Versorgungsanschluss 31, an den das Kabel 21 anschliessbar ist, mit dem Versorgungseingang 13.1 des Notebooks 13 verbunden. Über den Versorgungsanschluss 31, der auch als Versorgungsausgang bezeichnet wird, wird das Notebook 13 mit Energie versorgt. The power supply station 20 has an energy converter 26, the input side via a network connection 25 to the power cable 2 is connectable. On the output side, the energy converter 26 is connected to the supply input 13.1 of the notebook 13 via a supply connection 31, to which the cable 21 can be connected. About the supply terminal 31, which is also referred to as a power outlet, the notebook 13 is powered.

[0031] Der Energiewandler 26 transformiert und regelt die elektrische Energie, die aus dem Stromnetz 1 bezogen wird, auf die vom Verbraucher 10 angeforderten Werte (= Energieparameter). Dazu umfasst der Energiewandler 26 typischerweise ein Schaltnetzteil mit vorgeschalteter Power-Factor-Correction (PFC). Der Energiewandler 26 trennt die Versorgungsspannung am Versorgungsausgang 31 von der Netzspannung am Netzeingang 25 galvanisch. Je nach Leistungsklasse kann der Energiewandler 26 als linearer Energiewandler oder als primär oder sekundär getakteter Energiewandler ausgelegt werden. Auch eine Kombination aus geschaltetem und linearem Netzteil ist möglich. Als geschaltete Netzteile können Eintakt- oder Gegentakt-Wandler eingesetzt werden. Der Gegentaktwandler kann als symmetrische, resonante, nicht resonante oder asymmetrische Halbbrücke oder als Vollbrücke ausgelegt werden. The energy converter 26 transforms and regulates the electrical energy, which is obtained from the power grid 1, to the consumer 10 requested values (= energy parameters). For this purpose, the energy converter 26 typically includes a switching power supply with upstream Power Factor Correction (PFC). The energy converter 26 electrically isolates the supply voltage at the supply output 31 from the mains voltage at the mains input 25. Depending on the power class, the energy converter 26 can be designed as a linear energy converter or as a primary or secondary clocked energy converter. A combination of switched and linear power supply is possible. As switched power supplies single-ended or push-pull converters can be used. The push-pull converter can be designed as a balanced, resonant, non-resonant or asymmetric half bridge or as a full bridge.

[0032] Der Energiewandler 26 kann auch mehrere, jeweils für einen bestimmten Spannungsbereich optimierte Energiewandler aufweisen. So kann der gesamte Energiewandler 26 beispielsweise einen ersten für den Spannungsbereich bis 5 Volt optimierten Energiewandler und einen zweiten für den Spannungsbereich von 5 bis 30 Volt optimierten Energiewandler umfassen, wobei jeder der beiden Energiewandler im jeweiligen Spannungsbereich bezüglich der Effizienz beziehungsweise des Wirkungsgrads optimiert ist. Auf diese Weise kann ein Spannungsbereich von bis zu 30V besonders energieeffizient abgedeckt werden. The energy converter 26 may also have a plurality of energy converters, each optimized for a specific voltage range. For example, the entire energy converter 26 may comprise a first energy converter optimized for the voltage range of up to 5 volts and a second energy converter optimized for the voltage range of 5 to 30 volts, wherein each of the two energy converters is optimized in terms of efficiency or efficiency in the respective voltage range. In this way, a voltage range of up to 30V can be covered particularly energy-efficiently.

[0033] Das soeben beschriebene Netzteil ist ein AC/DC oder AC/AC Wandler. Das Netzteil kann aber auch ein DC/DC oder DC/AC Wandler sein. Letztere können beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. The power supply just described is an AC / DC or AC / AC converter. The power supply can also be a DC / DC or DC / AC converter. The latter can be used for example in motor vehicles.

[0034] Darüber hinaus umfasst die Ladestation 20 auch eine Steuerung 27, beispielsweise in Form eines Mikro Controller oder Mikroprozessors. Die Steuerung 27 kann aber auch in einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder einem FPGA (Field Programmable Gate Array) untergebracht sein. In addition, the charging station 20 also includes a controller 27, for example in the form of a microcontroller or microprocessor. However, the controller 27 can also be accommodated in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array).

[0035] Der Mikrokontroller kann, je nachdem welche Anforderungen bezüglich der Schnittstellen bestehen, ein 8-Bit Kontroller oder auch ein komplexerer Rechner mit einem eigenen Real-Time Betriebssystem sein, das auch Parallelverarbeitung erlaubt. Also zum Beispiel ein embedded Linux System mit einer integrierten Ethernetschnittstelle und Webserver für die Fernüberwachung/Steuerung des PPS 20. Die Steuerung 27 besitzt ausserdem Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler für die Überwachung von Spannung, Strom und Temperatur des Energiewandlers 26. Der Digital/Analog-Wandler liefert die Referenzspannung an den Energiewandler 26 für die korrekte Ausgangsspannung. The microcontroller can, depending on which requirements exist with respect to the interfaces, an 8-bit controller or even a complex computer with its own real-time operating system, which also allows parallel processing. For example, an embedded Linux system with an integrated Ethernet interface and web server for remote monitoring / control of the PPS 20. The controller 27 also has analog / digital and digital / analog converter for monitoring voltage, current and temperature of the energy converter 26th The digital-to-analog converter supplies the reference voltage to the power converter 26 for the correct output voltage.

[0036] Die Steuerung 27 ist ebenfalls mit dem Anschluss 31 verbunden. Sobald das Notebook 13 über das Kabel 21 mit dem Anschluss 31 verbunden ist, kann die Steuerung 27 mit dem Notebook 13 kommunizieren. The controller 27 is also connected to the terminal 31. Once the notebook 13 is connected via the cable 21 to the terminal 31, the controller 27 can communicate with the notebook 13.

[0037] Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform umfasst das Kabel 21 eine Leitung 21.1 zur Energieversorgung und eine oder mehrere Leitungen 21.2 zur Datenübertragung. Die Energieversorgungsleitung 21.1 verbindet den Versorgungsausgang 31.1 mit dem Versorgungseingang 13.11 des Notebooks 13. Die Datenleitung 21.2 verbindet den Datenanschluss 31.2 mit dem Datenanschluss 13.12 des Notebooks 13. Diese Aufteilung in Energie- und Datenleitungen ist aber nicht zwingend erforderlich. Stattdessen können sowohl die Energie- als auch die Datenübertragung über dieselbe Leitung erfolgen. In the embodiment shown in Figure 3, the cable 21 comprises a line 21.1 for power supply and one or more lines 21.2 for data transmission. The power supply line 21.1 connects the supply output 31.1 to the supply input 13.11 of the notebook 13. The data line 21.2 connects the data connection 31.2 to the data connection 13.12 of the notebook 13. However, this division into energy and data lines is not absolutely necessary. Instead, both the energy and the data transmission can take place via the same line.

[0038] Damit die Steuerung 27 tatsächlich die am Versorgungsausgang 31.1 anliegende Ausgangsspannung Uist, die der Energiewandler 26 dem elektrischen Verbraucher 10 zur Verfügung stellt, überwachen kann, wird die Ausgangsspannung Uist auch der Steuerung 27 zugeführt. So that the controller 27 can actually monitor the output voltage Uact applied to the supply output 31.1, which the energy converter 26 makes available to the electrical load 10, the output voltage Uact is also supplied to the controller 27.

[0039] Zusätzlich wird der Steuerung 27 vom Energiewandler 26 auch ein Signal Iist zugeführt, damit die Steuerung 27 auch den Ausgangsstrom Iist, den der Energiewandler 26 dem elektrischen Verbraucher 10 zur Verfügung stellt, überwachen kann. In addition, the controller 27 is also supplied with a signal Iist from the energy converter 26, so that the controller 27 can also monitor the output current Iact, which the energy converter 26 makes available to the electrical consumer 10.

[0040] Die Steuerung 27 und der Energiewandler 26 bilden zusammen einen Regelkreis. Dessen Aufgabe ist es, dafür zu sorgen, dass die von der Steuerung 27 ermittelten Energieparameter, aus denen die Steuerung 27 Sollwerte für den Energiewandler 26 ermittelt, auch eingehalten werden. Ermittelt die Steuerung 27 als Energieparameter beispielsweise einen bestimmten maximalen Ladestrom Imax, so gibt sie diesen dem Energiewandler 26 als Sollwert Iref vor. Ein im Energiewandler 26 integrierter Regelkreis sorgt dann dafür, dass dieser Stromsollwert eingehalten wird. Der Sollwert Iref wird im Folgenden auch als Referenzstrom bezeichnet. The controller 27 and the energy converter 26 together form a control loop. Its task is to ensure that the energy parameters determined by the controller 27, from which the controller 27 determines setpoint values for the energy converter 26, are also complied with. If the controller 27 determines, for example, a certain maximum charging current Imax as the energy parameter, then it gives it to the energy converter 26 as the desired value Iref. A control circuit integrated in the energy converter 26 then ensures that this current setpoint is maintained. The setpoint Iref is also referred to below as the reference current.

[0041] Ermittelt die Steuerung 27 als Energieparameter beispielsweise eine bestimmte maximale Ladespannung Umax, so gibt sie diese dem Energiewandler 26 als Sollwert Uref vor. Der im Energiewandler 26 integrierte Regelkreis sorgt dann dafür, dass dieser Spannungswert Uref eingehalten wird. Der Sollwert Uref wird im Folgenden auch als Referenzspannung bezeichnet. Determines the controller 27 as an energy parameter, for example, a certain maximum charging voltage Umax, it gives this the energy converter 26 as the setpoint Uref. The control circuit integrated in the energy converter 26 then ensures that this voltage value Uref is maintained. The setpoint Uref is also referred to below as the reference voltage.

[0042] Weitere Energieparameter können beispielsweise die Ladedauer, maximal abgebbare Leistung, intervallartige Ladung, minimaler Ladestrom oder minimale Versorgungsspannung sein. Further energy parameters may be, for example, the charging duration, maximum deliverable power, interval-type charging, minimum charging current or minimum supply voltage.

[0043] Darüber hinaus kann der Energiewandler 26 einen weiteren Steuereingang aufweisen. Über diesen Steuereingang ist mit dem entsprechenden Steuersignal So steuerbar, ob der Verbraucher 10 vom Ausgang der Ladestation 20 galvanisch getrennt werden soll. In addition, the energy converter 26 may have a further control input. About this control input can be controlled with the corresponding control signal So whether the consumer 10 is to be isolated from the output of the charging station 20 galvanically.

[0044] Schliesslich kann der Energiewandler 26 der Steuerung 27 auch ein Steuersignal ST für die Temperaturüberwachung zur Verfügung stellen. Auf diese Weise kann die Steuerung 27 die Betriebstemperatur des Energiewandlers 26 erfassen und - wenn die Betriebstemperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet - den Energiewandler 26 abschalten oder dafür sorgen, dass die vom Energiewandler 26 abgegebene Leistung reduziert wird. Finally, the energy converter 26 of the controller 27 can also provide a control signal ST for temperature monitoring available. In this way, the controller 27 can detect the operating temperature of the energy converter 26 and - if the operating temperature exceeds a certain threshold - turn off the energy converter 26 or ensure that the output from the energy converter 26 power is reduced.

[0045] Wenn die Steuerung 27 die für das Notebook 13 typischen elektrischen Parameter (= Energieparameter) ermittelt hat, werden daraus die erforderlichen Sollwerte für den Energiewandler 26 bestimmt und an diesen übermittelt. Auf die Art und Weise wie die Steuerung 27 die elektrischen Parameter ermittelt, wird später noch eingegangen. If the controller 27 has determined the typical electrical parameters for the notebook 13 (= energy parameters), the required setpoint values for the energy converter 26 are determined therefrom and transmitted to them. The manner in which the controller 27 determines the electrical parameters will be discussed later.

[0046] Der Versorgungsanschluss 31 bildet die Versorgungsschnittstelle zum Verbraucher. Diese Schnittstelle 31 kann beispielsweise als Ethernet-Schnittstelle ausgebildet sein. Im Ethernet-Standard IEEE 802.3af (IEEE 802.3 Clause 33) wird das Verfahren beschreiben, wie ein Ethernet-fähiges Gerät, wie beispielsweise das Notebook 13, über die Ethernet-Schnittstelle mit Energie versorgt werden kann. In diesem Fall ist das Kabel 21 ein Ethernet-Kabel und als Twisted-Pair-Kabel ausgebildet. Zur Energieübertragung werden entweder die ungenutzten Adern des Ethernet-Kabels verwendet, oder es wird zusätzlich zum Datensignal ein Gleichstromanteil über die vier verwendeten Adern übertragen. The supply terminal 31 forms the supply interface to the consumer. This interface 31 may be formed, for example, as an Ethernet interface. The Ethernet standard IEEE 802.3af (IEEE 802.3 Clause 33) describes the method of how an Ethernet-capable device, such as the notebook 13, can be powered via the Ethernet interface. In this case, the cable 21 is an Ethernet cable and designed as a twisted pair cable. For energy transfer, either the unused wires of the Ethernet cable are used, or in addition to the data signal, a DC component is transmitted via the four wires used.

[0047] Bei der Energieversorgungsstation 20 kann die Schnittstelle 31 mehrfach vorhanden sein, um mehrere Verbraucher anschliessen zu können. In the power supply station 20, the interface 31 may be present multiple times in order to connect several consumers.

[0048] Eine oder mehrere der Schnittstellen 31 des Ladegeräts 20 können auch als USB-Schnittstelle ausgebildet sein. Das Kabel 21 ist dann als USB-Kabel ausgebildet. Es weist vier Adern auf, wobei zwei Adern zur Datenübertragung, die beiden anderen Adern zur Energieversorgung dienen. Die USB-Spezifikationen finden sich beim USB (Universal Serial Bus) Implementers Forum, welches das normgebende Industriekonsortium ist. One or more of the interfaces 31 of the charger 20 may also be formed as a USB interface. The cable 21 is then formed as a USB cable. It has four wires, with two wires for data transmission, the other two wires for power supply. The USB specifications can be found on the Universal Serial Bus (USB) Implementers Forum, which is the industry consortium that issues the standards.

[0049] Darüber hinaus können auch eine oder mehrere der Schnittstellen 31 der Energieversorgungsstation 20 als RS232-beziehungsweise EIA-232-Schnittstelle, als EIA-422-Schnittstelle oder auch als EIA-485-Schnittstelle ausgebildet sein. Nähere Informationen zu diesen seriellen Schnittstellen lassen sich bei der Electronic Industries Alliance finden. In addition, one or more of the interfaces 31 of the power supply station 20 may be designed as RS232 or EIA-232 interface, as EIA-422 interface or as EIA-485 interface. More information about these serial interfaces can be found at the Electronic Industries Alliance.

[0050] Bei Bedarf kann die Schnittstelle 31 beispielsweise auch als I2C (Inter-Integrated Circuit) Schnittstelle oder als CAN (Controller Area Network) Schnittstelle ausgebildet sein. If required, the interface 31 can also be designed, for example, as an I2C (Inter-Integrated Circuit) interface or as a CAN (Controller Area Network) interface.

[0051] Prinzipiell lässt sich also die Energieversorgungsstation 20 vom Verbraucher 13 über eine standardisierte bidirektionale Schnittstelle steuern, so dass zum Beispiel Strom, Spannung und Signalform dem aktuellen Bedarf des Verbrauchers angepasst werden können. Die Schnittstelle zwischen PPS und Verbraucher ist primär über das Protokoll definiert und nicht über die physische Schnittstelle. Der Verbraucher kann über die Schnittstelle auch Anfragen ans PPS stellen. So zum Beispiel, ob die geforderten elektrischen Grössen überhaupt geliefert werden können oder nicht (siehe auch Flussdiagramme Fig. 4 und 5). Diese Kommunikation zwischen Verbraucher und Netz-/Ladegerät ermöglicht es, in Zukunft nur noch ein universelles hocheffizientes Netz-/Ladegerät für unterschiedlichste elektrische Verbraucher bereitzustellen. In principle, therefore, the power supply station 20 can be controlled by the consumer 13 via a standardized bidirectional interface, so that, for example, current, voltage and waveform can be adapted to the current needs of the consumer. The interface between PPS and consumer is primarily defined via the protocol and not via the physical interface. The consumer can also make inquiries to the PPS via the interface. For example, whether the required electrical quantities can be supplied at all or not (see also flow charts Fig. 4 and 5). This communication between the consumer and the mains / charger makes it possible in the future to provide only one universal, highly efficient mains / charger for a wide variety of electrical consumers.

[0052] Strom, Spannung und Signalform können vom Verbraucher nach Bedarf angefordert werden. Das PPS kann sowohl als Stromquelle als auch als Stromsenke dienen. So kann zum Beispiel ein Verbraucher dem PPS über das Protokoll mitteilen, dass die Akkus des Verbrauchers gezielt entladen werden sollen. So können Akkus optimal gepflegt werden, um eine möglichst lange Lebensdauer der Akkus zu erreichen. Aus der Eigenschaft, dass der Verbraucher das PPS über eine Schnittstelle mit einem standardisierten Protokoll steuern kann, ergibt sich die Möglichkeit, gezielt sich über die Zeit veränderliche Ströme oder Spannungen mit dem PPS zu erzeugen. Diese gezielte zeitliche Veränderung von Strom und/oder Spannung wird hier Signalform genannt. Über das Protokoll kann das PPS auch angewiesen werden, selbst Signalformen zu erzeugen. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, das PPS nicht nur als AC/DC Wandler oder DC/DC Wandler zu verwenden, sondern auch als AC/AC oder DC/AC Wandler, was den universellen Einsatz des PPS weiter erhöht (AC = Wechselstrom, DC = Gleichstrom). Current, voltage and waveform can be requested by the consumer as needed. The PPS can serve both as a power source and as a current sink. For example, a consumer can tell the PPS via the protocol that the consumer's batteries should be discharged in a targeted manner. Thus, batteries can be optimally cared for in order to achieve the longest possible service life of the batteries. From the property that the consumer can control the PPS via an interface with a standardized protocol, there is the possibility of selectively generating over time varying currents or voltages with the PPS. This targeted temporal change of current and / or voltage is called waveform here. Using the protocol, the PPS can also be instructed to generate its own signal forms. As a result, the PPS can be used not only as an AC / DC converter or DC / DC converter, but also as an AC / AC or DC / AC converter, further increasing the universal use of the PPS (AC = AC, DC = DC).

[0053] Das erfindungsgemässe Ladegerät 20 kann auch eine Synchronisationsschnittstelle 28, 29 aufweisen, über die mehrere der erfindungsgemässen Ladestationen 20 zeitlich miteinander synchronisiert werden können. Werden die Ladestationen 20 entsprechend programmiert, lassen sich mit den Ladestationen 20 komplexe mehrphasige Signale erzeugen. Mit drei synchronisierten Ladestationen 20 kann also zum Beispiel aus einem Einphasensystem ein Dreiphasensystem erzeugt werden. Damit kann beispielsweise ein Dreiphasenmotor betrieben werden. The charger 20 according to the invention may also have a synchronization interface 28, 29, via which a plurality of the charging stations 20 according to the invention can be synchronized with each other in terms of time. If the charging stations 20 are programmed accordingly, the charging stations 20 can be used to generate complex multiphase signals. For example, with three synchronized charging stations 20, a three-phase system can be generated from a single-phase system. Thus, for example, a three-phase motor can be operated.

[0054] Schliesslich kann das erfindungsgemässe Ladegerät 20 auch eine Computerschnittstelle 30 aufweisen. Über die Computerschnittstelle 30 lässt sich das erfindungsgemässe Ladegerät 20 sowohl programmieren als auch steuern. Die Computerschnittstelle 30 kann zum Beispiel für USB oder Ethernet ausgebildet sein. Finally, the charging device 20 according to the invention can also have a computer interface 30. Via the computer interface 30, the charger 20 according to the invention can both be programmed and controlled. The computer interface 30 may be configured, for example, for USB or Ethernet.

[0055] In Fig. 4 ist in einem Blockschaltbild der prinzipielle Aufbau einer weiteren möglichen Ausführungsform der er-findungsgemässen Ladestation 20 dargestellt. Mit dieser Ausführungsform können mehrere zu ladende Geräte, beispielsweise das Notebook 13, das Mobiltelefon 10 und der Fotoapparat 9 gleichzeitig mit einer einzigen Ladestation 20 aufgeladen beziehungsweise mit Energie versorgt werden. Die Ladestation 20 umfasst dazu neben den oben beschriebenen Komponenten zusätzlich einen Demultiplexer 40 und zusätzliche Versorgungsanschlüsse 32 und 33. Mit dem Demultiplexer 40 wird die auf den jeweiligen Verbraucher 13, 10 beziehungsweise 9 angepasste Energie für eine bestimmte Zeitdauer auf den entsprechenden Versorgungsanschluss 31, 32 beziehungsweise 33 geschaltet. Die Steuerung des Demultiplexers 40 erfolgt mit der Steuerung 27. FIG. 4 shows in a block diagram the basic structure of another possible embodiment of the charging station 20 according to the invention. With this embodiment, a plurality of devices to be charged, for example, the notebook 13, the mobile phone 10 and the camera 9 can be charged or energized simultaneously with a single charging station 20. In addition to the above-described components, the charging station 20 additionally comprises a demultiplexer 40 and additional supply terminals 32 and 33. The demultiplexer 40 applies the energy adapted to the respective consumer 13, 10 or 9 for a specific period of time to the corresponding supply terminal 31, 32 or 33 switched. The control of the demultiplexer 40 is carried out with the controller 27.

[0056] Falls der Anschluss 13.1 des Notebooks, der Anschluss 9.1 des Fotoapparats 9 und der Anschluss 10.1 des Mobiltelefons 10 gleich sind, können auch die Ladekabel 21, 22 und 23 gleich aufgebaut sein. Andernfalls sind die Ladekabel 21, 22 und 23 an den Anschluss des jeweiligen elektrischen Verbrauchers angepasst. Dasselbe gilt sinngemäss auch für die Schnittstellen 31, 32 und 33 der Ladestation 20. If the terminal 13.1 of the notebook, the port 9.1 of the camera 9 and the terminal 10.1 of the mobile phone 10 are the same, the charging cable 21, 22 and 23 may be the same. Otherwise, the charging cables 21, 22 and 23 are adapted to the connection of the respective electrical consumer. The same applies mutatis mutandis to the interfaces 31, 32 and 33 of the charging station 20th

[0057] Die angeschlossenen Verbraucher im Multiplexbetrieb zu laden hat den Vorteil, dass mit nur einem einzigen Energiewandler 26 mehre elektrische Verbraucher quasi gleichzeitig geladen werden können. Der Multiplexbetrieb reduziert den Schaltungsaufwand vor allem im Leistungsteil des Energiewandlers 26 erheblich. To load the connected loads in multiplex mode has the advantage that with just a single energy converter 26 more electrical consumers can be charged almost simultaneously. The multiplex operation reduces the circuit complexity, especially in the power section of the energy converter 26 considerably.

[0058] Die Kommunikation zwischen der Ladestation 20 und den Verbrauchern 9, 10, 13 kann dagegen jederzeit stattfinden. Ob der an die Ladestation 20 angeschlossene Verbraucher für den Multiplexbetrieb geeignet ist, teilt der Verbraucher der Ladestation 20 mit. So ist zum Beispiel der Monitor 12, der eine kontinuierliche Energieversorgung benötigt, in der Regel nicht für den Multiplexbetrieb geeignet. Der Monitor 12 kann dies der Ladestation 20 entsprechend mitteilen. Dagegen sind Mobiltelefone, Fotoapparate, PDA (personal digital assistant) und Notebooks in den meisten Fällen für den Multiplexbetrieb geeignet. The communication between the charging station 20 and the consumers 9, 10, 13, however, can take place at any time. Whether the consumer connected to the charging station 20 is suitable for multiplex operation, the consumer of the charging station 20 with. For example, the monitor 12, which requires a continuous power supply, is generally not suitable for multiplex operation. The monitor 12 can notify the charging station 20 accordingly. In contrast, mobile phones, cameras, PDA (personal digital assistant) and notebooks are in most cases suitable for multiplex operation.

[0059] Auch der Lademodus kann vom Verbraucher der Ladestation 20 mitgeteilt werden. Ein Verbraucher kann zum Beispiel anfordern, dass der Ladevorgang komplett abgeschlossen sein muss, bevor zum nächsten angeschlossenen Verbraucher weitergeschaltet werden darf. Ein Verbraucher kann der Ladestation 20 auch die mindestens erforderliche Ladedauer mitteilen, bevor weitergeschaltet werden darf. The charging mode can also be communicated by the consumer to the charging station 20. For example, a consumer may request that the charging process be completed before being allowed to switch to the next connected consumer. A consumer may also inform the charging station 20 of the minimum charging time required before switching on may take place.

[0060] Ein Verbraucher kann auch eine Anfrage für das sofortige Laden stellen. Dies kann hilfreich sein, um den Betrieb dieses Verbrauchers weiterhin gewährleisten zu können. Wenn die angeschlossenen Verbraucher dem PPS 20 alle erlaubten Lademodi mitgeteilt haben, ist das PPS 20 über alle erlaubten Lademodi informiert und kann dann entscheiden, ob der Anforderung für das sofortige Laden nachgekommen werden darf. A consumer may also make a request for immediate loading. This can be helpful in order to continue to ensure the operation of this consumer. If the connected loads have informed the PPS 20 of all permitted load modes, the PPS 20 is informed of all permitted load modes and can then decide whether the request for immediate loading may be complied with.

[0061] Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm aus dem hervorgeht, wie die Steuerung 27 vom angeschlossenen elektrischen Verbraucher diejenigen elektrischen Parameter (Energieparameter) ermittelt, die dann benutzt werden, um beispielsweise die Ladespannung und den Ladestrom für den Verbraucher richtig einzustellen. In einem ersten Schritt S1 wird die Ladestation 20 an das Stromnetz 1 angeschlossen. Daraufhin wird das Ladegerät 20 aktiv. Im Schritt S2, bei dem es sich um eine Sicherheitsmassnahme handelt, wird der Energiewandler 26 so eingestellt, dass dessen Ausgangsspannung Uist beispielsweise 5V und dessen Ladestrom Iist maximal 500mA betragen. Die Überwachung der Ausgangsspannung Uist und des Ausgangsstroms Iist erfolgen in einem eigenständigen Prozess oder Regelkreis, der selbständig im Energiewandler 26 ablaufen kann. Sobald ein elektrischer Verbraucher, beispielsweise das Notebook 13, an das Ladegerät 20 angeschlossen ist, wird im Schritt S3 von der Steuerung 27 über die Leitung 21.2 ein Wakeup-Signal an das Notebook 13 gesandt. Wenn im Schritt S4 das Notebook 13 das Wakeup-Signal nicht quittiert, wartet die Ladestation 20 eine gewisse Zeit (Schritt S5) und sendet dann erneut ein Wakeup-Signal an das Notebook 13. Quittiert das Notebook das Wakeup-Signal, fragt die Steuerung 27 im Schritt S6 die Energieparameter des Notebooks 13 ab. Falls die Energieparameter vom Notebook nicht ermittelbar sind, wartet die Steuerung 27 entsprechend Schritt S7 eine gewisse Zeit und sendet dann erneut ein Wakeup-Signal an das Notebook 13. Konnten hingegen die Energieparameter ermittelt werden, wird im Schritt S8 von der Steuerung 27 geprüft, ob diese Energieparameter auch erfüllt werden können. Falls dies nicht der Fall ist, sendet die Steuerung 27 des Ladegeräts 20 eine entsprechende Information an das Notebook 13 und teilt ihm mit, dass diese Energieparameter nicht erfüllbar sind. Das Notebook 13 kann daraufhin dem Ladegerät 20 alternative Energieparameter übermitteln. Falls diese Energieparameter erfüllbar sind, stellt die Steuerung 27 im Schritt S10 dem Energiewandler 26 die erforderlichen Sollwerte zur Verfügung. Zusätzlich teilt die Steuerung 27 im Schritt S11 dem Notebook 13 mit, dass die gewünschten Energieparameter erfüllt werden können. Figure 5 shows a flow chart showing how the controller 27 determines from the connected electrical load those electrical parameters (energy parameters) which are then used, for example, to properly set the charging voltage and charging current for the load. In a first step S1, the charging station 20 is connected to the power grid 1. Thereafter, the charger 20 becomes active. In step S2, which is a safety measure, the energy converter 26 is adjusted such that its output voltage Uact is, for example, 5V and its charge current Iact is a maximum of 500 mA. The monitoring of the output voltage Uist and the output current Iist takes place in an independent process or control loop, which can run independently in the energy converter 26. As soon as an electrical consumer, for example the notebook 13, is connected to the charger 20, a wake-up signal is sent to the notebook 13 by the controller 27 via the line 21. If in step S4 the notebook 13 does not acknowledge the wake-up signal, the charging station 20 waits a certain time (step S5) and then again sends a wake-up signal to the notebook 13. If the notebook acknowledges the wake-up signal, the controller 27 asks in step S6, the energy parameters of the notebook 13 from. If the notebook can not determine the energy parameters, the controller 27 waits a certain time in accordance with step S7 and then sends a wake-up signal to the notebook 13. If, on the other hand, the energy parameters are determined, the controller 27 checks in step S8 whether these energy parameters can also be met. If this is not the case, the controller 27 of the charger 20 sends corresponding information to the notebook 13 and informs him that these energy parameters can not be satisfied. The notebook 13 may then transmit to the charger 20 alternative energy parameters. If these energy parameters can be satisfied, the controller 27 provides the energy converter 26 with the required setpoint values in step S10. In addition, the controller 27 informs the notebook 13 in step S11 that the desired energy parameters can be met.

[0062] Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm aus dem hervorgeht, wie sich ein elektrischer Verbraucher, beispielsweise das Notebook 13 verhält, wenn er an das erfindungsgemässe Netzteil 20 angeschlossenen wird. Nachdem in einem ersten Schritt S20 das Notebook 13 an das Netzteil 20 angeschlossen wurde, wird es im Schritt S21 mit einer Grundspannung von beispielsweise 5 Volt versorgt und dadurch aktiviert. Anschliessend prüft das Notebook 13 im Schritt S22 so lange ob ein Wakeup-Signal eingegangen ist, bis dies der Fall ist. Sobald das Wakeup-Signal (Schritt S23) eingegangen ist, quittiert das Notebook 13 das Wakeup-Signal und prüft im Schritt S24, ob das Netzteil 20 die Energieparameter des Notebooks abfragen möchte. Falls dies nicht der Fall ist, wird der Schritt S24 wiederholt oder alternativ dazu für eine gewisse Zeitdauer gewartet (Schritt 25) und dann erneut geprüft, ob ein Wakeup-Signal eingegangen ist. Falls das Notebook 13 feststellt, dass die Energieparameter an das Netzteil 20 übertragen werden sollen, ermittelt das Notebook 13 im Schritt S26 den Ladezustand seines Akkus, ermittelt daraus seine Energieparameter und sendet sie an das Netzteil 20. Dann prüft das Notebook 13 im Schritt S27, ob das Netzteil 20 Energie mit den entsprechenden Energieparametern liefert. Falls nicht, werden dem Netzteil 20 im Schritt S28 alternative Energieparameter übermittelt. Falls vom Netzteil 20 Energie mit den entsprechenden Energieparametern geliefert wird, wird im Schritt S29 der Energiefluss zum internen Verbraucher aktiviert. Zudem wird im Schritt S29 vom Notebook geprüft, ob alle elektrischen und thermischen Werte im zulässigen Bereich liegen. Bei auftretenden Problemen wird der Energiefluss zum internen Verbraucher unterbrochen. Dieser Kontrollprozess läuft automatisch im Hintergrund ab. Während des Ladevorgangs wird dieser Kontrollprozess im Schritt S30 kontinuierlich überwacht und - solange keine Unregelmässigkeiten auftreten - fortgesetzt. Kommt es hingegen zu einer Ausnahmesituation, wird im Schritt S31 der Energiefluss zum internen Verbraucher sofort unterbrochen und die Kommunikation zwischen Netzteil 20 und Notebook 13 bei Schritt S22 fortgesetzt. FIG. 6 shows a flowchart showing how an electrical consumer, for example the notebook 13, behaves when it is connected to the power supply unit 20 according to the invention. After the notebook 13 has been connected to the power supply unit 20 in a first step S20, it is supplied with a basic voltage of, for example, 5 volts in step S21 and thereby activated. Subsequently, the notebook 13 checks in step S22 as long as a wake-up signal is received until this is the case. As soon as the wakeup signal (step S23) has been received, the notebook 13 acknowledges the wakeup signal and checks in step S24 whether the power supply unit 20 wants to query the notebook's energy parameters. If this is not the case, the step S24 is repeated or alternatively waited for a certain period of time (step 25) and then checked again if a wake-up signal has been received. If the notebook 13 determines that the energy parameters are to be transmitted to the power supply 20, the notebook 13 determines the state of charge of its battery in step S26, determines its energy parameters therefrom and sends them to the power supply 20. Then the notebook 13 checks in step S27, whether the power supply 20 supplies energy with the corresponding energy parameters. If not, alternative energy parameters are transmitted to the power supply unit 20 in step S28. If energy is supplied by the power supply 20 with the corresponding energy parameters, the energy flow to the internal load is activated in step S29. In addition, in step S29 the notebook checks whether all electrical and thermal values are within the permissible range. If problems occur, the energy flow to the internal consumer is interrupted. This control process runs automatically in the background. During the charging process, this control process is monitored continuously in step S30 and - as long as no irregularities occur - continued. If, on the other hand, an exceptional situation occurs, the energy flow to the internal consumer is immediately interrupted in step S31, and the communication between the power supply unit 20 and the notebook 13 is continued in step S22.

[0063] Die beiden Timingdiagramme gemäss den Fig. 7aund 7bzeigen beispielhaft den Verlauf der Spannung U und des Stroms I am Ausgang 31 des Netzteils 20, wenn ein mit dem Netzteil 20 kompatibles Notebook 13 angeschlossen wird. Auf der x-Achse der Timingdiagramme ist die Zeit t aufgetragen. Auf der y-Achse des Timingdiagramms gemäss Fig. 7a ist die Versorgungsspannung U und auf der y-Achse des Timingdiagramms gemäss Fig. 6b der Versorgungsstrom I aufgetragen. Die Spannungs-, Strom- und Zeitachsen sind nicht linear dargestellt. Die Darstellungen gemäss den Figuren 7aund 7b haben lediglich erläuternden Charakter. Die Strom- und Spannungsverläufe können unter anderen Bedingungen völlig anders aussehen. The two timing diagrams according to FIGS. 7a and 7b show, by way of example, the profile of the voltage U and of the current I at the output 31 of the power supply 20 when a notebook 13 compatible with the power supply 20 is connected. The time t is plotted on the x-axis of the timing diagrams. The supply voltage U is plotted on the y-axis of the timing diagram according to FIG. 7a and the supply current I is plotted on the y-axis of the timing diagram according to FIG. 6b. The voltage, current and time axes are not linear. The illustrations according to FIGS. 7a and 7b are merely illustrative. The current and voltage curves may look completely different under different conditions.

[0064] Im Folgenden werden anhand der Fig. 7aund 7bdie Strom- und Spannungsverläufe zu den einzelnen Zeitpunkten t0 bis t9 erläutert. In the following, the current and voltage curves at the individual times t0 to t9 are explained with reference to FIGS. 7a and 7b.

[0065] Zum Zeitpunkt t0 wird das Netzteil 20 ans Stromnetz 1 angeschlossen. Dabei ist das Netzteil 20 noch nicht galvanisch mit dem Notebook 13 verbunden. Am Ausgang des Netzteils 20 liegen 5V an. At time t0, the power supply 20 is connected to the power grid 1. In this case, the power supply unit 20 is not yet galvanically connected to the notebook 13. At the output of the power supply 20 are 5V.

[0066] Zum Zeitpunkt t1 wird das Netzteil 20 galvanisch mit dem Notebook 13 verbunden. Durch die 5V Spannung, die das Netzteil 20 liefert, erwacht das Notebook 13 und benötigt währenddessen für den Betrieb 50mA. Genau genommen erwacht nicht das ganze Notebook 13, sondern nur die Akkusteuerung des Notebooks. Um es einfach zu halten, wird im Folgenden aber lediglich vom Notebook 13 gesprochen. Das Netzteil 20 weckt also das Notebook 13 mit einem Wakeup-Signal, das über die Kommunikationsschnittstelle 31.2 zum Notebook 13 übertragen wird. Nach der Quittierung des Wakeup-Signals durch das Notebook 13 fragt das Netzteil 20 die gewünschten elektrischen Parameter (= Energieparameter) des Notebooks 13 ab. Damit ist auch die Kommunikation zwischen dem Netzteil 20 und dem Notebook 13 etabliert (siehe auch Flussdiagramme gemäss den Fig. 5 und 6). Das Notebook 13 fordert eine Strombegrenzung auf 4A an und eine maximale Spannung von 15V (Energieparameter = Maximalstrom Imax und Maximalspannung Umax). Die Spannung soll innerhalb einer definierten Zeitspanne auf den Sollwert von 15 Volt ansteigen. Das Netzteil 20 bestätigt dem Notebook 13 die angeforderten elektrischen Werte (= Energieparameter). Aufgrund dieser Meldung verbindet die Steuerung 13.3 des Notebooks den Akku des Notebooks galvanisch mit dem Ausgang 31.1 des Energiewandlers 26 ́. At time t1, the power supply unit 20 is galvanically connected to the notebook 13. Due to the 5V voltage supplied by the power supply 20, the notebook 13 wakes up and requires 50mA during operation. In fact, not the whole notebook 13 wakes up, just the battery control of the notebook. To keep it simple, but in the following is only spoken by the notebook 13. The power supply unit 20 thus awakens the notebook 13 with a wake-up signal, which is transmitted to the notebook 13 via the communication interface 31. After the acknowledgment of the wakeup signal by the notebook 13, the power supply unit 20 queries the desired electrical parameters (= energy parameters) of the notebook 13. Thus, the communication between the power supply 20 and the notebook 13 is established (see also flowcharts according to FIGS. 5 and 6). The notebook 13 requests a current limit of 4A and a maximum voltage of 15V (energy parameters = maximum current Imax and maximum voltage Umax). The voltage should increase within a defined period of time to the nominal value of 15 volts. The power supply unit 20 confirms to the notebook 13 the required electrical values (= energy parameters). On the basis of this message, the controller 13.3 of the notebook galvanically connects the battery of the notebook to the output 31.1 of the energy converter 26.

[0067] Ab dem Zeitpunkt t2 wird die Spannung mit der angeforderten Steilheit erhöht, bis zum Zeitpunkt t3 bei 12V der maximal erlaubte Strom von 4A erreicht wird. Von da an wird der Strom von der Steuerung 26 des Netzteils 20 auf den maximal vom Notebook erlaubten 4A gehalten. From time t2, the voltage is increased with the requested slope, until at time t3 at 12V the maximum allowable current of 4A is reached. From then on, the power is held by the controller 26 of the power supply 20 to the maximum permitted by the notebook 4A.

[0068] Zum Zeitpunkt t4 sinkt der vom Notebook aufgenommene Strom. Daraufhin wird die Spannung etwas erhöht, bis der maximale Strom von 4A wieder erreicht wird. Zwischen den Zeitpunkten t2 bis t5 arbeitet das Netzteil 20 als Konstantstromquelle. At time t4, the power consumed by the notebook decreases. The voltage is then increased slightly until the maximum current of 4A is reached again. Between times t2 to t5, the power supply 20 operates as a constant current source.

[0069] Ab dem Zeitpunkt t5 sinkt der Strombedarf des Notebooks weiter und die Spannung steigt daher mit der vom Notebook 13 geforderten Steilheit auf den maximalen Wert von 15V, der zum Zeitpunkt t6 erreicht ist. Das Netzteil 20 arbeitet von nun an als Konstantspannungsquelle. Da der Stromverbrauch des Notebooks 13 weiter sinkt, weist das Notebook 13 das Netzteil 20 zum Zeitpunkt t7 an, die Spannung in einer definierten Zeit auf die Haltespannung von 5V abzusenken. From the time t5, the power consumption of the notebook continues to drop and the voltage therefore increases with the slope required by the notebook 13 to the maximum value of 15V, which is reached at time t6. The power supply 20 operates from now on as a constant voltage source. Since the power consumption of the notebook 13 continues to decrease, the notebook 13 instructs the power supply 20 at time t7 to lower the voltage to the holding voltage of 5V in a defined time.

[0070] Zum Zeitpunkt t8 ist die Haltespannung von 5V erreicht, das Notebook 13 trennt den Akku galvanisch vom Ausgang 31.1 des Netzteils 20. Das Notebook 13 wartet aber weiterhin auf Anfragen des Netzteils 20. So kann das Notebook 13 jederzeit wieder Energie aus dem Netzteil 20 anfordern. Nach dem Absenken der Spannung auf die 5V Haltespannung kann die Steuerung 27 im Netzteil 20 alle nicht benötigten Leistungsteile ausschalten, nur noch die Haltspannung aufrecht erhalten und zyklisch das Notebook 13 abfragen. Auf diese Weise kann der Energieverbrauch im Netzteil 20 minimiert werden. At the time t8, the holding voltage of 5V is reached, the notebook 13 separates the battery galvanically from the output 31.1 of the power supply 20. The notebook 13 is still waiting for inquiries from the power supply 20. Thus, the notebook 13 at any time energy from the power supply 20 request. After lowering the voltage to the 5V holding voltage, the controller 27 in the power supply 20 can turn off all unneeded power parts, maintained only the holding voltage and cyclically query the notebook 13. In this way, the power consumption in the power supply 20 can be minimized.

[0071] Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäss der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen. So sind beispielsweise auch andere als die in Fig. 2 gezeigten Geräte, wie beispielsweise eine Playstation, an die erfindungsgemässe Ladestation anschliessbar. Zudem sind auch nicht alle in den Fig. 5und 6 gezeigten Schritte erforderlich. The foregoing description of the embodiments according to the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents. For example, devices other than those shown in FIG. 2, such as a Playstation, can be connected to the charging station according to the invention. In addition, not all steps shown in Figs. 5 and 6 are required.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[0072] <tb>1<sep>Stromnetz <tb>2<sep>Netzkabel <tb>3<sep>Mehrfachsteckdose <tb>4<sep>Monitor-Netzteil <tb>4.1<sep>Ladekabel <tb>5<sep>Notebook-Netzteil <tb>5.1<sep>Ladekabel <tb>6<sep>Netzteil für Navigationsgerät <tb>6.1<sep>Ladekabel <tb>7<sep>Netzteil für Mobiltelefon <tb>7.1<sep>Ladekabel <tb>8<sep>Netzteil für Fotoapparat <tb>8.1<sep>Ladekabel <tb>9<sep>Fotoapparat <tb>9.1<sep>Anschluss <tb>9.11<sep>Stromversorgungsanschluss <tb>9.12<sep>Datenübertragungsanschluss <tb>9.3<sep>Steuerung im Fotoapparat <tb>10<sep>Mobiltelefon <tb>10.1<sep>Anschluss <tb>10.11<sep>Stromversorgungsanschluss <tb>10. 12<sep>Datenübertragungsanschluss <tb>10.3<sep>Steuerung im Mobiltelefon <tb>11<sep>Navigationsgerät <tb>12<sep>Monitor <tb>13<sep>Notebook <tb>13.1<sep>Anschluss <tb>13.11<sep>Stromversorgungsanschluss <tb>13.12<sep>Datenübertragungsanschluss <tb>13.3<sep>Steuerung im Notebook <tb>20<sep>Ladestation <tb>21<sep>Ladekabel <tb>21.1<sep>Leitung zur Energieübertragung <tb>21.2<sep>Leitung zur Datenübertragung <tb>22<sep>Ladekabel <tb>22.1<sep>Leitung zur Energieübertragung <tb>22.2<sep>Leitung zur Datenübertragung <tb>23<sep>Ladekabel <tb>23.1<sep>Leitung zur Energieübertragung <tb>23.2<sep>Leitung zur Datenübertragung <tb>25<sep>Netzanschluss <tb>26<sep>Energiewandler <tb>27<sep>Prozessor <tb>28<sep>Synchronisationsschnittstelle <tb>29<sep>Synchronisationsschnittstelle <tb>30<sep>PC-Schnittstelle <tb>31<sep>Versorgungsausgang <tb>31.1<sep>Stromanschluss <tb>31.2<sep>Datenübertragungsanschluss <tb>32<sep>Versorgungsausgang <tb>32. 1<sep>Stromanschluss <tb>32.2<sep>Datenübertragungsanschluss <tb>33<sep>Versorgungsausgang <tb>33.1<sep>Stromanschluss <tb>33. 2<sep>Datenübertragungsanschluss <tb>40<sep>Demultiplexer <tb>S1 - S31<sep>Schritte 1 bis 31 <tb>Uist<sep>Ist-Spannung <tb>Iist<sep>Ist-Strom <tb>Uref<sep>Referenz- oder Sollspannung <tb>Iref<sep>Referenz- oder Sollstrom <tb>So<sep>Steuersignal zur galvanischen Trennung <tb>ST<sep>Steuersignal zur Temperaturüberwachung[0072] <Tb> 1 <sep> mains <Tb> 2 <sep> power cable <Tb> 3 <sep> multiple socket <Tb> 4 <sep> Monitor Power Supply <Tb> 4.1 <sep> charging cable <Tb> 5 <sep> notebook power adapter <Tb> 5.1 <sep> charging cable <tb> 6 <sep> power supply for navigation device <Tb> 6.1 <sep> charging cable <tb> 7 <sep> power supply for mobile phone <Tb> 7.1 <sep> charging cable <tb> 8 <sep> power supply for camera <Tb> 8.1 <sep> charging cable <Tb> 9 <sep> Camera <Tb> 9.1 <sep> Connection <Tb> 9.11 <sep> Power Connection <Tb> 9.12 <sep> Data Transfer Connection <tb> 9.3 <sep> Control in the camera <Tb> 10 <sep> Mobile Phone <Tb> 10.1 <sep> Connection <Tb> 10.11 <sep> Power Connection <Tb> 10th 12 <sep> Data Transfer Connection <tb> 10.3 <sep> Control in the mobile phone <Tb> 11 <sep> navigation device <Tb> 12 <sep> Monitor <Tb> 13 <sep> Notebook <Tb> 13.1 <sep> Connection <Tb> 13.11 <sep> Power Connection <Tb> 13.12 <sep> Data Transfer Connection <tb> 13.3 <sep> Control in the notebook <Tb> 20 <sep> charger <Tb> 21 <sep> charging cable <tb> 21.1 <sep> Power transmission line <tb> 21.2 <sep> Data transmission line <Tb> 22 <sep> charging cable <tb> 22.1 <sep> Power transmission line <tb> 22.2 <sep> Line for data transmission <Tb> 23 <sep> Charge Cable <tb> 23.1 <sep> Power transmission line <tb> 23.2 <sep> Data transmission line <Tb> 25 <sep> Network Connection <Tb> 26 <sep> energy converter <Tb> 27 <sep> Processor <Tb> 28 <sep> synchronization interface <Tb> 29 <sep> synchronization interface <Tb> 30 <sep> PC interface <Tb> 31 <sep> Supply Output <Tb> 31.1 <sep> Electricity <Tb> 31.2 <sep> Data Transfer Connection <Tb> 32 <sep> Supply Output <Tb> 32nd 1 <sep> Electricity <Tb> 32.2 <sep> Data Transfer Connection <Tb> 33 <sep> Supply Output <Tb> 33.1 <sep> Electricity <Tb> 33rd 2 <sep> Data Transfer Connection <Tb> 40 <sep> demultiplexer <tb> S1-S31 <sep> Steps 1 to 31 <Tb> Uist <sep> actual voltage <Tb> Iactual <sep> actual current <tb> Uref <sep> reference or reference voltage <tb> Iref <sep> reference or reference current <tb> So <sep> Control signal for galvanic isolation <tb> ST <sep> Control signal for temperature monitoring

Claims

1. energy supply station for supplying energy to an electrical consumer, with an energy converter (26), - Which has a supply input (25) which is connectable to a power grid (1), and --With a supply output (31) which is connectable to the consumer (13), - With a controller (27) which is designed and operable so that it detects at least one energy parameter of the connected load (13) and depending on a corresponding control signal (Uref; Iref) for the energy converter (26) pretends.

Second power supply station according to claim 1, wherein the supply output (31; 32; 33) is designed as a USB port.

3. Energy supply station according to claim 1, wherein the supply output (31; 32; 33) is designed as an Ethernet connection or serial data transmission connection.

4. Power supply station according to claim 1, 2 or 3, wherein a data connection (30) is provided for a computer.

5. Energy supply station according to claim 4, wherein the data connection (30) is designed as an Ethernet or USB port.

6. Energy supply station according to one of the claims 1 to 4, wherein a connection (28, 29) for synchronization with a further power supply station (20) is provided.

7. Energy supply station according to one of the claims 1 to 6, wherein the controller (27) is designed and operable such that it retrieves data for detecting the energy parameter from the consumer (10).

8. Energy supply station according to one of the claims 1 to 7, wherein the controller (27) is designed and operable such that it as the control signal for the energy converter (26) the target current (Iref) and / or the target voltage (Uref) pretends.

9. Energy supply station according to one of the claims 1 to 8, wherein the energy converter (26) is designed as a linear energy converter or as a primary or secondary clocked energy converter.

10. Energy supply station according to one of the claims 1 to 8, wherein the supply input (25) from the supply output (31) is electrically isolated.

11. Energy supply station according to one of the claims 1 to 10, wherein the controller (27) is designed and operable so that it specifies whether the energy converter (26) should work as a constant current source, as a constant voltage source or as Energiesenke.

12. Energy supply station according to one of the claims 1 to 11, with a plurality of supply outputs (31, 32, 33) and a demultiplexer (40) which is connected on the one hand to the energy converter (26) and on the other hand to the supply outputs (31, 32, 33) ,

13. Electrical consumer for a power supply station according to one of the claims 1 to 12, with a communication device (13.3) which is designed and operable to notify the controller (27) of the power supply (20) at least one energy parameter.

14. A method for operating a power supply according to one of the claims 1 to 13, - In which the controller (27), after a consumer (13) is connected to the power supply (20) determines the energy parameters of the consumer (10), - In which the controller (27) depending on the determined energy parameters, a control signal (Uref; Iref) for the energy converter (26) specifies, and - In which the energy converter (26) then energy (U, I) with the corresponding energy parameters to the consumer (13) outputs.

15. Use of the power supply station according to one of the claims 1 to 14, for charging an electrical load (13).